CN105637653A - 光伏板以及用于制造光伏板的方法 - Google Patents
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Abstract
一种包括至少一个太阳能电池(2)的光伏板(1)，所述至少一个太阳能电池(2)至少在它的指向光线的一侧(3)上以及它的背离光线的相对侧(4)上覆盖有透明复合材料(5a，5b)，所述复合材料(5a，5b)是基于含环氧基团的丙烯酸酯并且用玻璃纤维(6a，6b)加强的塑料(7a，7b)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个太阳能电池的光伏板，所述至少一个太阳能电池至少在面朝光线的一侧以及背离光线的相对侧覆盖有透明的复合材料。本发明还涉及用于制造所述光伏板的方法。
背景技术
已经普遍知道用于从太阳辐射获得电能的光伏板。为了将太阳能转换为电能，这些板包括太阳能电池，尤其是分别特别改性的无机半导体或者半导体晶片，它们通常由适当掺杂的硅制造并且被连接起来以形成组件。还已知的是应用有机半导体或者气相沉积的薄半导体层，所述有机半导体或者气相沉积的薄半导体层包含碲化镉、铜/铟/(联)硒化物或者铜/铟/镓/硫化物/硒化物或者非晶硅。所述组件通过适当的装置进行层压、合并在壳体中、并且用玻璃板覆盖以保护组件免受诸如雨和雪等环境影响。以这种方式制造的光伏板可以被安装在适于将太阳辐射转换成电能的地方。然而，所述光伏板通常被设计成刚性的、基本上不可弯曲的并且具有大的重量，其中所述重量主要由壳体以及光伏组件的封盖决定。
在现有技术中，针对这些缺点中的其中一些已经进行改进了的光伏板是已知的。
WO2013/119113A1披露了一种光伏板，通过由包含纤维增强热塑性聚合物(特别是聚甲基丙烯酸甲酯)的透明复合材料制成的护套，防止所述光伏板的太阳能电池遭受例如机械损坏等环境影响。为了制造，所述板与增强纤维组织一起被放置在模子上，并且在150℃到250℃的温度下以及1到500巴的压力下将液态热塑性聚合物引入到模子中。与具有玻璃封盖的板相比，这可以将板制造得更薄并且重量更低，以及具有高的机械强度。然而，需要具有合适设计的模子，用于制造不均匀的和/或弯曲的板。
DT2445642A1涉及一种太阳能电池发生器，其中太阳能电池以及它们的连接元件在所有侧上通过单一材料包围。以下材料被提到用作材料：聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚合丙烯酸聚酯和环氧树脂(具有或不具有玻璃纤维增强)、以及由聚碳酸酯基团构成的热塑性树脂。为了制造，所述太阳能电池被放置在浸有合成树脂的玻璃纤维层上并且用浸有同样合成树脂的第二玻璃纤维层覆盖，从而在所述合成树脂固化之后，所述太阳能电池由均匀的护套包封。然而，该篇文献没有披露任何关于太阳能电池发生器的强度、厚度或者重量的细节。
EP0071181A2披露了一种光伏太阳能柔性组件，其具有太阳能电池。这里，至少所述太阳能电池由层状加强件从下面支撑和/或由加强薄玻璃层覆盖以保护它们，而太阳能组件表面的其余部分没有被加强。所述太阳能组件包括柔性承载元件，诸如金属织物、纤维增强的柔性复合材料，或者增强塑料薄片。所述太阳能电池由塑料薄片或者柔性复合材料包围。太阳能组件的该复杂结构以及受限的柔性是不利的。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏板，它避免了或者至少减少了现有技术中的缺点并且具有低的重量和小的厚度。特别地，所述光伏板旨在具有尽可能柔性的设计，并且所述太阳能电池旨在免受诸如机械破坏(例如由于冰雹)等环境影响。而且，所述板旨在具有尽可能高的效力，并且以简单且成本有效的方式被制造。
根据本发明，所述目的由于以下光伏板而得以解决，所述光伏板具有至少一个太阳能电池，所述至少一个太阳能电池至少在其面朝光线的一侧以及背离光线的相对侧覆盖透明的复合材料，所述光伏板的特征在于：所述复合材料是基于含环氧基团丙烯酸酯的玻璃纤维增强塑料。所述至少一个太阳能电池因此在它的前侧和它的后侧大致完全地由复合材料覆盖。优选地，所述至少一个太阳能电池完全地由复合材料包封。如果在本说明书的进一步描述中提到太阳能电池，它指的是将入射到太阳能电池表面上的太阳光转换成电能的光电主动元件。而且，面朝光线的一侧指的是当光伏板按照预期使用时，太阳能电池和/或光伏板的面朝太阳辐射的一侧。应当理解，光线也可以撞击背离光线的一侧(后侧)，除非它已经被覆盖成不透光的。而且，多个太阳能电池可以相连以形成组件，并且可以用复合材料覆盖和/或包封在复合材料内。如果在本说明书中提到玻璃纤维，它一般指的是包括所需强度的透明增强纤维以加强基于含环氧基团丙烯酸酯的塑料。因此，在本说明书的范围内，定名为玻璃纤维的增强纤维不是必须由玻璃制造。尤其是，所述玻璃纤维可以由透明塑料构成，所述透明塑料与基于含环氧基团丙烯酸酯的塑料具有大致相同的光学折射指数。复合材料中的玻璃纤维造成板的机械增强，不过由于它们的透明度也提升了复合材料的高的透光度。玻璃纤维以及基于含环氧基团丙烯酸酯的塑料造成板的被复合材料包围的带电部件的充分电气绝缘。所述复合材料将用它覆盖和/或用它完全包封的部件与环境隔离。特别地，所述板被赋予高的强度以及相对于机械影响的高抵抗力。它的高冲击强度提供了对于例如冰雹或者其它机械影响的适当防护。因此分别不需要自身的外壳或者用玻璃板覆盖，所述外壳是将组件合并在其中以便获得所需的强度以及用于免受环境影响。根据本发明的板可以尤其制造成特别薄并且具有低的重量。由于复合材料的高透明度，所以额外地获得了板的高效力。令人惊奇的是，复合材料的透明度基本上不受环氧基团的影响。板还是柔性的具有特别的优势，从而它容易呈现它所位于其上的不同非均匀表面的形状。所述板可以在它的前侧和/或后侧上包括另外的层，例如有机聚合物材料，用于进一步改进对环境影响的防护。因此，ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄片可以施加在面朝光线的前侧上，并且EPE(EVA–聚酯–EVA)薄膜层可以施加在背离光线的后侧上。而且，可以在所述太阳能电池的面朝光线的一侧与布置在所述板的前侧的复合材料层之间，在单个材料(诸如EVA(乙烯醋酸乙烯酯)层)之间添加附加的聚合物层。
根据本发明的优选实施例，所述含环氧基团丙烯酸酯是甲基丙烯酸缩水甘油酯。
如果所述玻璃纤维具有在3到15微米范围内、优选在6到12微米范围内、特别优选是9微米的单丝直径，那么由玻璃纤维形成的增强层以及因此所述复合材料层可以被设计得特别薄和柔韧，并且具有低的重量。
优选地，在所述至少一个太阳能电池的面朝光线一侧的所述玻璃纤维被设计成一织物，所述织物的重量在50到300g/m2范围内，优选在100到200g/m2范围内，特别优选在160到165g/m2范围内。玻璃纤维作为织物的设计增加了复合材料以及因此板的承载能力。而且，如此轻的织物也允许制造具有低重量的板。
如果在所述至少一个太阳能电池的面朝光线的一侧所述织物包括经纱和纬纱，并且纱线支数在30到120特克斯范围内，优选在45到100特克斯范围内，特别优选在60到70特克斯范围内，那么这是特别优选的。特克斯指的是每1000米1克。这样的织物允许在所述至少一个太阳能电池的面朝光线的一侧上复合材料的薄且轻的设计。
根据本发明另一个优选实施例，在所述至少一个太阳能电池的背离光线一侧所述玻璃纤维被设计成一织物，所述织物的重量在100到600g/m2范围内、优选在200到500g/m2范围内，特别优选是390g/m2。布置在所述至少一个太阳能电池的背离光线一侧的织物比布置在所述至少一个太阳能电池的面朝光线一侧的织物可以尤其具有更重并因此更坚固的设计。通过这种方式，所述板在后侧可以具有特别坚固的加强，而穿过板的前侧入射到太阳能电池上的光线以尽可能少的损耗穿透较薄的织物层。
优选地，在所述至少一个太阳能电池的背离光线一侧上，所述织物包括经纱和纬纱，所述经纱由1到9个、优选3到7个、特别优选5个纱线相连，并且纱线支数在30到120特克斯范围内，优选在45到100特克斯范围内，特别优选在60到70特克斯范围内，所述纬纱的纱线支数在100到450特克斯范围内，优选在200到350特克斯范围内，特别优选在270到280特克斯范围内。通过连接数个纱线以形成经纱，它的强度得以增加。经纱和纬纱的纱线支数额外地允许在所述至少一个太阳能电池的背离光线一侧上复合材料的薄的设计。
根据本发明，由于用于制造上述光伏板的以下方法，所述目的被进一步解决，该方法包括以下步骤：
-在玻璃纤维的第一织物上施加粉末状的含环氧基团丙烯酸酯；
-在所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯上，或者在施加在所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯上的乙烯醋酸乙烯酯层上，放置至少一个太阳能电池和与所述太阳能电池相连的电气支路以及连接多个太阳能电池的可能的连接线，
-在所述至少一个太阳能电池、所述支路和所述可能的连接线上放置玻璃纤维的第二织物，
-在所述第二织物上施加粉末状的含环氧基团丙烯酸酯，以及
-对整个结构进行层压。
通过层压，所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯熔融并且是透明的，并且该结构的各个层彼此相连。根据该方法，在层压之后，所述至少一个太阳能电池或者多个太阳能电池在面朝光线的一侧以及在背离光线的一侧分别覆盖透明复合材料和/或由所述复合材料包封。而且，太阳能电池的支路以及连接多个太阳能电池的可能的连接线也至少部分地用透明复合材料包封。这里，所述复合材料包括相应的玻璃纤维织物以及含环氧基团丙烯酸酯。该结构的制造是简单并且成本效益高的。所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯优选利用粉末撒布机施加在相应的织物上，并且可以被合适地计量。所述含环氧基团丙烯酸酯可以部分地穿透到所述织物的网眼开口中，并且因此可以在层压期间围绕织物的玻璃纤维更好地熔融。应当指出，所述粉末可以具有非常小的粒度尺寸，并且术语“粉末”因此也可以包括“细粉”。而且，在施加在第一织物上的粉末状含环氧基团丙烯酸酯与所述太阳能电池和/或它的支路以及可能的连接线之间，可以设置乙烯醋酸乙烯酯层，作为防止环境影响的附加保护。
优选地，甲基丙烯酸缩水甘油酯被作为含环氧基团丙烯酸酯施加。在层压之后，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯是透明的，其中在光伏板的使用寿命期间它的透明度保持基本不变并且不会变黄。而且，它与玻璃纤维织物一起赋予所述板高的强度，但仍然保持柔性。
如果在150℃到200℃的温度范围和高达500毫巴的压力下以及在0到300毫巴的真空下进行层压，则是特别优选的。在处于上述真空下的结构层上施加高达500毫巴的压力。例如，所述压力可以施加在一板件上，所述板件作用在经受所述真空的层上。无需参考特定的理论，假设通过在织物上施加粉末状的含环氧基团丙烯酸酯，初始没有被粉末堵塞的通风道保留在织物上，在应用真空时这有助于几乎完全避免叠层复合材料中的气塞。
根据本发明的又一个有利实施例，所述第一和第二织物的玻璃纤维在它们被放置之前至少部分地涂覆有最后涂层，作为粘结剂。由于所述最后涂层用作粘结剂，所以玻璃纤维与粉末状含环氧基团丙烯酸酯之间的连接得以改善。
为了进一步改善玻璃纤维与粉末状含环氧基团丙烯酸酯之间的连接，在分别施加粉末状含环氧基团丙烯酸酯之后，所述第一和第二织物在70℃到120℃温度范围下、优选在85℃到110℃温度范围下、特别优选在100℃温度下、以及在高达500毫巴的压力下被回火。
如果将粒度尺寸在10到500微米范围内、优选在25到100微米范围内、特别优选在40到50微米范围内的粉末状含环氧基团丙烯酸酯施加在第一和第二织物上，那么是特别有利的。适当地选择粒度尺寸使得以下称为可能，即：施加在织物上的粉末部分地穿透到织物的网眼开口中，因此既不会在太小粒度的情况下过度地滴流，也不会在太大粒度的情况下仅仅位于织物上和网眼上方。通过这种方式，粉末与织物之间的粘附性被额外地改善了。
如果粉末状的含环氧基团丙烯酸酯被施加在所述第一和第二织物上，并且在层压之后其光学折射指数大致等于所述玻璃纤维的光学折射指数，则获得具有特别高的透明度的复合材料，并因此获得具有相应高的效力的光伏板。
需要指出的是，所述光伏板可以既用于转换入射到板的面朝太阳辐射一侧(前侧)的光线，也用于转换入射到背离太阳辐射的相对侧(后侧)的可能的光线。尤其通过既位于面朝太阳辐射一侧也位于背离太阳辐射一侧上的透明复合材料，使得以上成为可能。所述板可以制造成几乎任何形状。尤其是，所述板是可弯曲的并且具有300毫米或者更大的弯曲半径。例如，根据本发明制造的并且具有240Wp(60个电池)性能的板被安装在具有1000毫米直径的旋转柱上。所述板可以安装在坚固的或者柔性的地下。当具有1米宽度和2米长度时，根据本发明的所述板包括例如小于4千克的重量。当使用具有0.2毫米厚度的晶片(光伏电池)时，所述板例如具有大约1毫米的厚度。这些板的机械强度被测量为具有111.9N/mm2拉伸应变。抗弯强度被测量为大约168.6N/mm2。
具有1.2毫米厚度和340x515mm尺寸的又一个板，它由在标准测试条件下具有铜网损耗和24W电气性能的6块电池构成，它的重量为315克。
具有1.1毫米厚度和980mmx1678mm面积的另一个板，它由借助合适接头彼此连接的60个晶片构成，在标准测试条件下具有240Wp的性能，它的重量为2.9克。
当二维地填充光电主动电池时，根据本发明的板包括在1kg/m2和9kg/m2之间，优选低于2.5kg/m2。板的厚度优选在0.5毫米和3毫米之间，特别是小于1毫米，如果光电主动材料的厚度是0.2毫米的话。所述板可以制造成具有长为数米并且宽为数米的尺寸，其中优选尺寸是长度在1和3米之间并且宽度在0.5和2米之间。
甲基丙烯酸缩水甘油酯的一个例子是由老虎粉末涂料美国有限公司(TIGERDrylacU.S.A.,Inc.)生产的Tiger250/00108clear(透明)。玻璃纤维织物的例子是：
-在板的面朝光线的一侧是163g/m2的玻璃纤维织物，它具有包含连续纤维的无碱玻璃(E-glass)经纱和纬纱EC968，其中单丝直径为9微米，纱线支数为68特克斯，即68g/1000m。
-在板的背离光线的一侧是390g/m2的玻璃纤维织物(式样1989)，它具有包含连续纤维的无碱玻璃经纱EC968x5t0以及包含连续纤维的无碱玻璃纬纱EC9272，所述经纱的单丝直径为9微米并且纱线支数为68特克斯，其中5根纱线以未加捻方式连接成一根纱线，所述纬纱的单丝直径为9微米并且纱线支数为272特克斯。
附图说明
下面将参考附图并通过优选的非限定性实施例来更详细地解释本发明。其中：
图1显示了根据本发明的光伏板的横截面视图。
具体实施方式
图1特别显示了具有两个太阳能电池2的光伏板1，所述太阳能电池2至少在面朝光线的一侧3和背离光线的相对侧4覆盖有透明复合材料5a、5b。所述复合材料5a、5b是基于含环氧基团丙烯酸酯的塑料7a、7b，并且用玻璃纤维6a、6b增强。在所述太阳能电池2的面朝光线的一侧3的所述玻璃纤维6a被设计成形成第一织物8a，所述第一织物8a具有经纱9a和纬纱10a。同样，在所述太阳能电池2的背离光线的一侧4的所述玻璃纤维6b被设计成形成第二织物8b，所述第二织物8b具有经纱9b和纬纱10b。虽然玻璃纤维6a和6b和/或织物8a和8b被显示为具有相等尺寸和/或强度，但是这绝不是用作限制。应当理解，所述玻璃纤维6a和6b以及因此织物8a和8b可以具有不同的直径和/或厚度。特别可以在彼此的顶部上布置多个第一织物8a和/或多个第二织物8b，以便获得总共更强的织物层。而且，玻璃纤维6a、6b的横截面不是被限制为所显示的圆形形状。太阳能电池2包括电气支路11并且借助连接线12彼此电力连接。正如可以进一步看见的，乙烯醋酸乙烯酯层13位于太阳能电池2的面朝光线的一侧3与复合材料5a之间。玻璃纤维6a、6b涂覆有用作粘结剂的最后涂层14。而且，板1在面朝光线的前侧包括ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄片15，并且在背离光线的后侧包括薄片16以免受环境影响，特别是用于防护湿气和UV辐射以及用于电气绝缘。薄片16的一个例子是由德国的邓莫尔欧洲有限公司(DUNMOREEuropeGmbH)生产的基于聚对苯二甲酸乙二醇酯的500DUN-SolarTMEPEsw。
Claims (14)
1.一种具有至少一个太阳能电池(2)的光伏板(1)，所述至少一个太阳能电池(2)至少在面朝光线的一侧(3)以及背离光线的相对侧(4)上覆盖有透明复合材料(5a，5b)，其特征在于，所述复合材料(5a，5b)是基于含环氧基团的丙烯酸酯的塑料(7a，7b)，并且用玻璃纤维(6a，6b)加强。
2.根据权利要求1所述的光伏板(1)，其特征在于，所述含环氧基团的丙烯酸酯是甲基丙烯酸缩水甘油酯。
3.根据权利要求1或2所述的光伏板(1)，其特征在于，所述玻璃纤维(6a，6b)具有在3到15微米范围内、优选在6到12微米范围内、特别优选是9微米的单丝直径。
4.根据权利要求3所述的光伏板(1)，其特征在于，在所述至少一个太阳能电池(2)的面朝光线一侧的所述玻璃纤维(6a)被设计成形成一织物(8a)，所述织物(8a)的重量在50到300g/m2范围内、优选在100到200g/m2范围内、特别优选在160到165g/m2范围内。
5.根据权利要求4所述的光伏板(1)，其特征在于，所述织物(8a)包括经纱(9a)和纬纱(10a)，并且纱线支数在30到120特克斯范围内，优选在45到100特克斯范围内，特别优选在60到70特克斯范围内。
6.根据权利要求3到5中任意一项所述的光伏板(1)，其特征在于，在所述至少一个太阳能电池(2)的背离光线一侧(4)的所述玻璃纤维(6b)被设计成形成一织物(8b)，所述织物(8b)的重量在100到600g/m2范围内、优选在200到500g/m2范围内，特别优选是390g/m2。
7.根据权利要求6所述的光伏板(1)，其特征在于，所述织物(8b)包括经纱(9b)和纬纱(10b)，所述经纱(9b)由1到9个、优选3到7个、特别优选5个相连的纱线构成，并且纱线支数在30到120特克斯范围内，优选在45到100特克斯范围内，特别优选在60到70特克斯范围内，所述纬纱(10b)的纱线支数在100到450特克斯范围内，优选在200到350特克斯范围内，特别优选在270到280特克斯范围内。
8.一种用于制造根据权利要求1到7中任意一项所述的光伏板(1)的方法，包括以下步骤：
-在玻璃纤维(6a)的第一织物(8a)上施加粉末状的含环氧基团丙烯酸酯；
-在所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯上，或者在施加在所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯上的乙烯醋酸乙烯酯层(13)上，放置至少一个太阳能电池(2)和与所述太阳能电池(2)相连的电气支路(11)以及连接多个太阳能电池(2)的可能的连接线(12)，
-在所述至少一个太阳能电池(2)、所述支路(11)和所述可能的连接线(12)上放置玻璃纤维(6b)的第二织物(8b)，
-在所述第二织物(8b)上施加粉末状的含环氧基团丙烯酸酯，以及
对整个结构进行层压。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，甲基丙烯酸缩水甘油酯被作为含环氧基团丙烯酸酯施加。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在150到200℃的温度范围、在高达500毫巴的压力下并且在0到300毫巴的真空下进行层压。
11.根据权利要求8到10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一和第二织物(8a，8b)的玻璃纤维(6a，6b)在被放置之前至少部分地涂覆最后涂层(14)，作为粘结剂。
12.根据权利要求8到11中任意一项所述的方法，其特征在于，在70到120℃的温度范围下，优选在85到110℃的温度范围下，特别优选在100℃的温度下，以及在高达500毫巴的压力下，在分别施加所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯之后，所述第一和第二织物(8a，8b)被回火。
13.根据权利要求8到12中任意一项所述的方法，其特征在于，所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯被施加在所述第一和第二织物(8a，8b)上，并且粒度尺寸在10到500微米范围内，优选在25到100微米范围内，特别优选在40到50微米范围内。
14.根据权利要求8到13中任意一项所述的方法，其特征在于，所述粉末状的含环氧基团丙烯酸酯被施加在所述第一和第二织物(8a，8b)上，并且在层压之后其光学折射指数大致等于所述玻璃纤维(6a，6b)的光学折射指数。
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